Оценка эффективности энергоиспользования при тепловлажностной обработке бетона (стр. 12 )

Одной из причин существенного различия скоростей образования гидроалюминатов кальция и двойных солей-гидратов в присутствии добавок, является специфика поведения как катионов, так и анионов в водных растворах, обусловленная их различным электронным строением и размерами и, как следствие, различным влиянием на поляризацию воды и изменение ее свойств, в том числе и в структуре формирующихся гидратов.

Для силикатных составляющих цемента (С3S) установлено, что по характеру ускоряющего влияния хлористых солей на прочность С3S в период до 7 сут нормального твердения их можно расположить в ряд СаС12 > MgCl2 > KCl > NaCl, а в последующем (до 28 сут) – СаС12 > MgCl2, NaC1 > KCl.

Предполагается, что в данном случае меньшая эффективность добавок NaC1 и KCl связана не только с бóльшими размерами катионов Na+ и K+, но и с их меньшим поляризующим действием на связи Са–О и Si–O в структуре силикатов кальция. В меньшей степени это проявляется для катиона K+, внешние электроны которого значительно удалены от ядра. Небольшие по размеру катионы Mg2+, в отличие от Na+ и K+, будут изменять структуру гидросиликатов кальция, главным образом, вследствие сильного поляризующего влияния, которое, очевидно, будет преобладать над их деформирующим действием, точнее сказать, над их способностью изменять характер конденсации кремнекислородных тетраэдров.

Катионы кальция, размеры которых больше катионов Mg2+, но меньше K+ для системы СаО–SiO2–H2O являются оптимальными, что позволяет им размещаться в тетраэдрических пустотах и легировать твердеющую систему, существенно не изменяя при этом порядка формирования кремнекислородных мотивов.

Рассматривая процессы гидратации силикатов кальция в присутствие хлористых солей, возможно предположить, что различный характер их влияния на гидратацию и твердение связан не только с параметрами самих катионов, но также с характером поляризации молекул воды, находящихся вблизи (ближняя поляризация) и на расстоянии (дальняя поляризация) от катионов.

Одним из основных критериев поддержания воды в переохлажденном состоянии в капиллярно-пористой структуре цементной матрицы является степень ее связанности, которая может быть повышена введением добавок электролитов, изменяющих структуру воды, вследствие поляризационного влияния катионов и анионов при сольватации, и уменьшения размеров микрокапилляров, вследствие активации процессов гидратации и смещения показателя пористости формирующейся структуры цементного камня в область пор геля и микропор. [2]

С точки зрения создания более оптимальных условий гидратации цемента при отрицательных температурах необходимо, чтобы в состав компонентов противоморозных добавок входили вещества, активно не участвующие в процессах формирования начальной структуры и способствующие понижению температуры замерзания жидкой фазы.

При разработке комплексных противоморозных добавок наиболее перспективными будут являться те электролиты, которые, во-первых, оказывают сильное поляризующие влияние на молекулы воды, увеличивая ее вязкость, а во-вторых, не способствуют быстрому схватыванию смесей. К подобным добавкам могут быть отнесены солевые растворы на основе хлоридов натрия, калия и магния и нитрата натрия.

Анализ показателей прочности и пористости цементно-песчаных растворов с различным Ц/П отношением в период до 2-х лет показал, что ускоряющие и противоморозные добавки, разработанные на основе отработанных хлоридных и нитритно-нитратных солевых растворов, способствуют стабильному повышению прочности образцов и снижению показателей пористости.

Выполненные расчёты показали, что в интервале дозировок 1-10% от массы вяжущего лучшими криоскопическими свойствами будут обладать добавки на основе хлорида и нитрита натрия. Добавки, содержащие хлориды кальция и калия в большинстве случаев приводят к быстрому схватыванию смесей. Хлорид магния не только резко снижает пластичность бетона в отличие от других добавок, но также менее эффективен как ускоритель твердения силикатных и алюминатных фаз цемента. Ацетаты и формиаты кальция и натрия обладают меньшими криоскопическими свойствами и в меньшей степени участвуют в процессах структурообразования. Полученные результаты свидетельствуют о том, что наиболее высокий темп твердения бетона достигается с добавками на основе хлоридов, причём смеси, разработанные с использованием отходов, не только не уступают, но в отдельных случаях превосходят известные добавки. Характерно, что практически во всех случаях комплексные добавки, содержащие CaCl2 + NaCl, в большей степени повышают прочность бетона по сравнению с однокомпонентными, содержащими только CaCl2 или NaCl. Меньшая прочность с добавками ацетатов и формиатов может быть объяснена тем, что в соответствии с законом Рауля они в меньшей степени понижают температуру замерзания жидкой фазы бетона при равном количестве добавок.

Установлено, что по характеру влияния бесхлоридные добавки и нитрит натрия близки. При небольших отрицательных температурах (–5°С) добавки, содержащие ацетаты и формиаты натрия и кальция, для некоторых видов цемента более эффективны, чем смеси на основе нитрита натрия. Большая активация твердения бетона с добавкой формиата кальция по сравнению с ацетатом кальция может быть обусловлена повышением моляльности раствора при равном процентном содержании добавок. Однако ацетат натрия при значительно меньшей молекулярной массе, тем не менее, уступает ацетату кальция. Для некоторых видов цементов ацетат натрия приводит к бóльшему повышению прочности, что может быть связано с особенностями обратимого (неполного) гидролиза ацетата натрия, следствием чего является постепенное накапливание в системе активных ионов ОН-.

При использовании цементов одной и той же марки более высокая прочность в ранние сроки твердения при небольших отрицательных температурах (до –5°С) может быть получена для бетонов, приготовленных на цементах с повышенным содержанием алюминатов. При температуре –15°С влияние минералогического состава цемента во все сроки твердения незначительно.

Бетоны на пуццолановых и шлакопортландцементах характеризуются меньшими показателями прочности.

Выполненные исследования показали целесообразность применения отработанных солевых растворов химико-фармацевтической промышленности и близких к ним по составу побочных продуктов предприятий других отраслей в качестве сырьевой базы для получения эффективных модифицирующих добавок направленного действия для строительных растворов и бетонов. Решение проблемы получения модификаторов подобным образом позволяет комплексно решать одну из важнейших задач XXI века – защиту окружающей среды.

СПИСОК литературЫ

1. Ратинов в бетон. – М.: Стройиздат, 1989. – 188 стр.

2. Цементные материалы с ускоряющими и противоморозными добавками на основе вторичного сырья. – Пенза, изд-во ПГАСА, 2003. – 425 стр.

УДК 666.974.2

, д-р техн. наук, профессор, , канд. техн. наук, доцент

Дагестанский государственный технический университет

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЗОБЖИГОВЫХ ЖАРОСТОЙКИХ
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ПЕНОСИЛИКАТ-НАТРИЕВЫХ КОМПОЗИЦИЯХ

Современное состояние производства и применения теплоизоляционных материалов показывает, что развитие промышленности теплоизоляционных материалов в связи с программой экономики топливно-энергетических ресурсов относится к сфере высших народнохозяйственных приоритетов страны.

Здесь особое место занимают теплоизоляционные материалы и изделия, предназначенные для тепловой изоляции горячих поверхностей с температурой 600-1600 0С. На практике для этих целей используют в основном высокопористые керамические теплоизоляционные материалы, получаемые путем введения и выжигания выгорающих добавок, введением высокопористых наполнителей, способами газового вспучивания (газообразованием) и пенообразования. При этом окончательное закрепление полученной высокопористой структуры и придание прочности изделиям во всех случаях достигается в процессе высокотемпературного обжига.

Однако высокая энергоемкость традиционных обжиговых высокопористых керамических теплоизоляционных материалов и большие капитальные вложения на их производство диктуют острую необходимость разработки и реализации новых эффективных жаростойких теплоизоляционных материалов, прежде всего безобжиговых, для высокотемпературной изоляции тепловых агрегатов различного назначения.

В этой связи большой интерес представляют многолетние научные исследования, проведенные в Дагестанском государственном техническом университете совместно с Московским государственным строительным университетом и НИИЖБ Госстроя РФ [1, 2]. В результате всесторонних теоретических и экспериментальных исследований получены эффективные виды жаростойких безводных силикат-натриевых композиционных вяжущих на основе тонкодиспергированных безводного силиката натрия (БСН) и различных огнеупорных веществ (шамот, магнезит, динас, карборунд, хромомагнезит и т. д.).

Достаточно высокая огнеупорность этих вяжущих позволила разработать на их основе жаростойкие бетоны с температурой службы до 1600 0С, используя в качестве заполнителя различные огнеупорные материалы.

Обобщая результаты исследований по применению безводных силикатов натрия, было сделано предположение возможности разработки нового класса жаростойких материалов на БСН, получаемых по энергосберегающим технологиям, а именно безобжиговых высокопористых жаростойких теплоизоляционных материалов.

Научно-практические основы этих исследований заключаются в том, что формирование омоноличивающих новообразований в структуре материала из БСН принципиально отличаются от образования связующей пленки из традиционных вяжущих веществ (цементы, жидкое стекло и т. п.), связка из БСН характеризуется высокой плотностью и клеящей способностью, что может обеспечить повышенную прочность межпоровых перегородок (пленок) в высокопористой структуре теплоизоляционного материала.

Клеящая способность у нее в 3-5 раз выше, чем у традиционных вяжущих веществ, что предполагает эффективность использования безводной силикат-натриевой композиции для получения высокопористых жаростойких теплоизоляционных материалов. Кроме того, при взаимодействии БСН с водой вначале происходит гидратация катиона Na, который сорбируется на поверхности огнеупорного наполнителя и активизирует его. Особенно значительная активизация будет наблюдаться для алюмосиликатных огнеупорных наполнителей. В результате должно возрасти адгезионное взаимодействие клеящей связки с тонкомолотым наполнителем и формирование длинных и прочных цепей кремниевого полимера типа Si-O-Si, т. е. сильных поликонденсационных явлений.